计算机网络基础 (八)--- 网络层 - 路由概述

文章内容概览



在之前的文章中有了解到跨设备传输时，需要借助路由表来知道数据报下一跳的IP



在路由表中有两列重要的信息，分别是：目的IP地址和*下一跳IP地址*，这两个IP形成映射的关系。在前边了解数据报转发时，都是直接使用的路由表，这样就会存在几个疑问



路由表中的下一跳地址是怎么来的？



下一跳地址是唯一的吗？



下一跳的地址是最佳的吗？



路由器这么多，他们之间是怎么协调工作的？



这些问题就是网络层路由需要解决的问题，其实也就是需要一个好的算法去解决这些问题。所以，了解网络层的路由就是了解里边的一些算法



在前边的文章中多次用到的一个网络拓扑，在这个拓扑中有计算机、路由器、小型网络、中型网络、大型网络



这个图其实就是现实生活中互联网的缩略图，它可以客观的描述现实世界中的互联网。但是，在学习其中的算法时，这个图并不能直观的表达我们所需要解决的问题，因此，在了解里边的算法时，就把它转化成计算机容易理解的数据结构，所以，这个网络拓扑，通常会将这个网络拓扑转化为图来进行描述



下边这张图是一个简单的网络拓扑转化而来的，其中有A、B、C、D、E、F这六个顶点和若干条边。每个顶点表示一个网络或路由器或计算机。每一条边表示一条网络路径。比如从A到E就有很多条路径可以走，在现实网络中也是这样的。所以，该图就可以非常客观的表示现实生活中的网络



如果把互联网抽象成一张图的话，那么，路由算法实际上就是图论算法。但是，路由算法又不仅仅是图论算法，因为互联网是非常复杂的，比如，网络经常发生抖动，或网络出现故障。这就会导致图会实时的变化。因此，路由算法，实际上要比图论算法复杂很多



一个理想的路由算法有以下特点：



• 算法是正确的、*完整的*（也就是说，依据该算法，数据可以正确的、完整的到达目的地）

• 算法在计算上应该尽可能的简单（因为网络中的设备实在太多，因此互联网是非常复杂的且庞大的。如果在庞大的互联网中运行复杂的算法的话，是不可取的）

• 算法可以适应网络中的变化（因为网络中的状态是实时发生变化的，比如在某一刻，一个路由器发生了故障，或者光纤或电缆断了）

• 算法是稳定和*公平*的（稳定就是，即使一个设备出现故障，也不会影响到别的网络或设备。公平就是，算法对每一个设备(计算机、路由)都是公平的，不会因为设备的不一样，而导致转发的路径不一样）



在前边提到了：



• 互联网的规模是庞大的

• 互联网环境是非常复杂的



因此为了让路由算法简单一些，也人为的对互联网进行了处理。对互联网进行了划分，这其中就包含一个非常重要的概念：自治系统（Autonomous System，简称AS）



• 一个自治系统（AS）是处于一个管理机构下的网络设备群（管理机构：可以是一个国家、一个城市、一个公司）

• AS内部网络自行管理，AS对外提供一个或多个出入口（AS外部的设备不直接参与内部的管理，如果外部设备需要对AS进行访问的话，通过AS提供的一个或多个出入口进行访问）



在之前的文章中有对网络层次进行了如下的划分



了解了AS之后，就可以知道，其实每一个主干ISP，都可以理解成主干AS，每个地区ISP，都可以理解成地区AS。了解了自治系统AS的概念之后，就可以把路由算法分为两个层次：



• 运行在自治系统内部路由的协议称为：内部网关协议（RIP、OSPE）

• 运行在自治系统外部路由的协议称为：外部网关协议（BGP）



可以通过一个图示理解内部网关协议和外部网关协议



假设有一个AS1（可能是一个公司的网络），有一个AS2（可能是一个学校的网络），当一个公司和一个学校进行相互访问时，他可能就是通过外部网关协议进行路由的



在快速变化的技术中寻找不变，才是一个技术人的核心竞争力。知行合一，理论结合实践